BIOPLASTIKA: KAKO NASTAJAJO, VRSTE, PREDNOSTI, SLABOSTI - OKOLJE - 2026

V bioplastika je kateri temprane material na osnovi polimerov petrokemični izvora ali biomase, ki so biološko razgradljivi. Podobno kot tradicionalna plastika, sintetizirana iz nafte, se lahko tudi te vlivajo v različne predmete.

Glede na njihov izvor lahko bioplastiko pridobivamo iz biomase (na osnovi baz) ali pa je petrokemičnega izvora. Po drugi strani obstajajo biorazgradljive in nerazgradljive bioplastike, odvisno od stopnje razgradnje.

Jedilni pribor iz biorazgradljivega škroba poliestra. Vir: Scott Bauer

Porast bioplastike nastane kot odgovor na neprijetnosti, ki jih povzroči običajna plastika. Sem spadajo nabiranje nerazgradljive plastike v oceanih in na odlagališčih.

Po drugi strani ima običajna plastika velik odmerek ogljika in visoko vsebnost strupenih elementov. V nasprotju s tem ima bioplastika več prednosti, saj ne proizvaja strupenih elementov in je na splošno biorazgradljiva in reciklirana.

Med glavnimi pomanjkljivostmi bioplastike so njihovi visoki proizvodni stroški in manjša odpornost. Poleg tega so nekatere uporabljene surovine potencialna živila, kar predstavlja gospodarski in etični problem.

Nekaj ​​primerov bioplastičnih predmetov so biorazgradljive vrečke, pa tudi deli vozil in mobilnih telefonov.

Značilnosti bioplastike

Gospodarski in okoljski pomen bioplastike

Različni utilitaristični predmeti, narejeni z bioplastiko. Vir: Hwaja Götz, prek Wikimedia Commons

V zadnjem času je bilo večje znanstveno in industrijsko zanimanje za proizvodnjo plastike iz obnovljivih surovin, ki je biološko razgradljiva.

To je posledica dejstva, da se svetovne zaloge nafte izčrpavajo in obstaja večja zavest o resni škodi za okolje, ki jo povzroča petroplastika.

Z naraščajočim povpraševanjem po plastiki na svetovnem trgu se povečuje tudi povpraševanje po biorazgradljivi plastiki.

Biorazgradljivost

Biološko razgradljivi odpadki iz bioplastike se lahko obravnavajo kot organski, hitro razgradljivi in ​​ne onesnažujejo. Na primer, jih lahko uporabimo kot spremembe tal pri kompostiranju, saj jih naravno reciklirajo z biološkimi postopki.

Bioplastika z nešteto komercialno uporabo. Vir: F. Kesselring, FKuR Willich, prek Wikimedia Commons

Omejitve bioplastike

Izdelava biorazgradljive bioplastike se spopada z velikimi izzivi, saj ima bioplastika slabše lastnosti kot petroplastika in je njihova uporaba, čeprav raste, omejena.

Izboljšanje lastnosti bioplastike

Za izboljšanje lastnosti bioplastike razvijajo mešanice biopolimerov z različnimi vrstami dodatkov, kot so ogljikove nanocevke in kemično spremenjena naravna vlakna.

Na splošno aditivi, ki se uporabljajo v bioplastiki, izboljšajo lastnosti, kot so:

• Togost in mehanska odpornost.
• Zaščitne lastnosti pred plini in vodo.
• Termopornost in termostabilnost.

Te lastnosti lahko v bioplastiko vključimo s kemičnimi postopki priprave in predelave.

Kako nastajajo bioplastike?

Bioplastika za embalažo iz termoplastičnega škroba. Vir: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

-Kratka zgodovina

Bioplastika je bila običajna naftna sintetična plastika. Uporaba polimerov rastlinske ali živalske snovi za proizvodnjo plastičnega materiala sega v 18. stoletje z uporabo naravnega kavčuka (lateksa iz Hevea brasiliensis).

Prvo bioplastiko, čeprav ni dobil tega imena, je leta 1869 razvil John Wesley Hyatt Jr., ki je kot nadomestek slonovine izdelal plastiko, pridobljeno iz bombažne celuloze. Prav tako je bil konec 19. stoletja kazein iz mleka uporabljen za proizvodnjo bioplastike.

V 40. letih prejšnjega stoletja je družba Ford raziskovala alternative za uporabo rastlinskih surovin za izdelavo delov za svoje avtomobile. To raziskovalno usmeritev so spodbudile omejitve uporabe jekla zaradi vojne.

Kot rezultat tega je podjetje v letu 1941 razvilo model avtomobila s karoserijo, izdelano iz večinoma sojinih derivatov. Toda po koncu vojne se ta pobuda ni nadaljevala.

Leta 1947 je bil izdelan prvi tehnični bioplastik, poliamid 11 (Rilsan kot zaščitna znamka). Kasneje, v 90. letih, so se pojavili PLA (polilaktična kislina), PHA (polihidroksialkanoati) in plastificirani škrobi.

-Surovina

Bioplastika na biološki osnovi je tista, ki je narejena iz rastlinske biomase. Trije osnovni viri surovin za biološko bazo so naslednji.

Naravni polimeri biomase

Uporabljajo se lahko naravni polimeri, ki jih izdelujejo neposredno rastline, na primer škrob ali sladkorji. Na primer, "Krompirjeva plastika" je biorazgradljiva bioplastika, narejena iz krompirjevega škroba.

Polimeri, sintetizirani iz monomerov iz biomase

Druga alternativa je sinteza polimerov iz monomerov, pridobljenih iz rastlinskih ali živalskih virov. Razlika med to potjo in prejšnjo je, da je tu potrebna vmesna kemična sinteza.

Na primer, Bio-PE ali zeleni polietilen se proizvaja iz etanola, dobljenega iz sladkornega trsa.

Bioplastiko lahko proizvajamo tudi iz živalskih virov, kot so glikozaminoglikani (GAG), ki so beljakovine iz jajčnih lupin. Prednost tega proteina je, da omogoča pridobivanje bolj odporne bioplastike.

Biotehnologija, ki temelji na bakterijskih kulturah

Drug način za proizvodnjo polimerov za bioplastiko je biotehnologija skozi bakterijske kulture. V tem smislu veliko bakterij sintetizira in skladišči polimere, ki jih je mogoče ekstrahirati in predelati.

Za to bakterije množično gojijo v primernih kulturah in nato predelajo, da očistijo določen polimer. Na primer, PHA (polihidroksialkanoati) sintetizirajo različni rodovi bakterij, ki rastejo v mediju s presežkom ogljika in brez dušika ali fosforja.

Bakterije hranijo polimer v obliki granul v citoplazmi, ki jih ekstrahirajo s predelavo bakterijskih mas. Drug primer je PHBV (PolyhydroxyButylValerate), ki ga dobimo iz bakterij, ki se hranijo s sladkorji, pridobljenimi iz rastlinskih ostankov.

Največja omejitev bioplastike, pridobljene na ta način, so stroški proizvodnje, predvsem zaradi potrebnih kulturnih medijev.

Kombinacija naravnega polimera in biotehnološkega polimera

Univerza v Ohiu je razvila dokaj močan bioplastik s kombiniranjem naravne gume z bioplastičnim PHBV, organskim peroksidom in trimetilolpropan triakrilatom (TMPTA).

-Proces produkcije

Bioplastiko dobimo z različnimi postopki, odvisno od surovine in želenih lastnosti. Bioplastiko lahko dobimo s pomočjo elementarnih procesov ali bolj zapletenih industrijskih procesov.

Osnovni postopek

V primeru uporabe naravnih polimerov, na primer škroba ali koruznega ali krompirjevega škroba, ga je mogoče kuhati in oblikovati.

Tako je osnovni recept za izdelavo bioplastike mešanje koruznega škroba ali krompirjevega škroba z vodo in dodajanje glicerina. Nato mešanico kuhamo, dokler se ne zgosti, oblikujemo in pustimo, da se posuši.

Procesi srednje zahtevnosti

V primeru bioplastike, proizvedene iz polimerov, sintetiziranih iz monomerov iz biomase, so postopki nekoliko bolj zapleteni.

Na primer, za bio-PE, pridobljen iz etanola sladkorne trsa, je potrebnih več korakov. Prva stvar je pridobivanje sladkorja iz trsa, da se s fermentacijo in destilacijo pridobi etanol.

Nato etanol dehidriramo in dobimo etilen, ki ga moramo polimerizirati. Na koncu se s pomočjo strojev za termoformiranje izdelajo predmeti na osnovi te bioplastike.

Zapleteni in dražji procesi

Ko govorimo o bioplastiki, proizvedeni iz polimerov, pridobljenih z biotehnologijo, se zahtevnost in stroški povečujejo. To je zato, ker so vpletene bakterijske kulture, ki potrebujejo posebne kulture in pogoje za rast.

Ta postopek temelji na dejstvu, da nekatere bakterije proizvajajo naravne polimere, ki jih lahko shranijo v notranjost. Zato se mikroorganizmi, ki se začnejo z ustreznimi prehranskimi elementi, gojijo in predelajo, da pridobijo polimere.

Bioplastiko lahko izdelujemo tudi iz nekaterih alg, kot je Botryococcus braunii. Ta mikroalga lahko proizvede in celo izloči ogljikovodike v okolje, iz katerih pridobivajo goriva ali bioplastiko.

-Proizvodnja izdelkov na osnovi bioplastike

Osnovno načelo je oblikovanje predmeta, zahvaljujoč plastičnim lastnostim te spojine z uporabo tlaka in toplote. Predelava poteka z ekstruzijo, vbrizgavanjem, vbrizgavanjem in pihanjem, predoblikovanjem in termoformiranjem, na koncu pa se ohladi.

Vrste

Embalaža iz celuloznega acetata. Vir: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

Pristopi k razvrščanju bioplastike so raznoliki in niso brez polemike. Vsekakor so merila, ki se uporabljajo za opredelitev različnih vrst, izvor in stopnja razkroja.

-Origin

V skladu s posplošenim pristopom je mogoče bioplastiko po svojem izvoru razvrstiti kot biološko ali nebiološko. V prvem primeru so polimeri pridobljeni iz rastlinske, živalske ali bakterijske biomase in so zato obnovljivi viri.

Po drugi strani so neplastične bioplastike tiste, ki se proizvajajo iz polimerov, sintetiziranih iz olja. Ker pa izvirajo iz neobnovljivih virov, nekateri strokovnjaki menijo, da jih ne bi smeli obravnavati kot bioplastiko.

-Raven razpada

Kar zadeva stopnjo razgradnje, je lahko bioplastika biorazgradljiva ali ne. Biorazgradljivi se razgradijo v razmeroma kratkem času (od nekaj dni do nekaj mesecev), kadar so podvrženi ustreznim pogojem.

Ne biorazgradljiva bioplastika se obnaša kot običajna plastika petrokemičnega izvora. V tem primeru se obdobje razpadanja meri v desetletjih in celo stoletjih.

Glede tega merila obstajajo tudi polemike, saj nekateri znanstveniki menijo, da mora biti resnični bioplastik biorazgradljiv.

-Origin in biorazgradnja

Če sta dva predhodna merila združena (izvor in stopnja razgradnje), lahko bioplastiko razvrstimo v tri skupine:

1. Izhajajo iz obnovljivih surovin (na osnovi bioloških snovi) in so biološko razgradljive.
2. Tisti, pridobljeni iz obnovljivih surovin (na osnovi bioloških snovi), vendar niso biološko razgradljivi.
3. Pridobljeno iz surovin petrokemičnega izvora, vendar so biološko razgradljive.

Pomembno je upoštevati, da mora polimer upoštevati eno od teh treh kombinacij.

Biološko razgradljivo

Med bioplastiko in biorazgradljivo bioplastiko imamo pollaktično kislino (PLA) in polihidroksialkanoat (PHA). PLA je ena najpogosteje uporabljenih bioplastik in se pridobiva predvsem iz koruze.

Ta bioplastika ima lastnosti, podobne polietilen tereftalatom (PET, običajna poliestrska plastika), čeprav je manj odporen na visoke temperature.

PHA ima spremenljive lastnosti glede na poseben polimer, ki ga sestavlja. Pridobivajo ga iz rastlinskih celic ali z biotehnologijo iz bakterijskih kultur.

Te bioplastike so zelo občutljive na pogoje predelave, njihovi stroški pa so do desetkrat višji od običajnih plastičnih mas.

Drug primer te kategorije je PHBV (PolyhydroxyButylValerate), ki ga dobimo iz rastlinskih ostankov.

Biološko ni razgradljivo

V tej skupini imamo biopolietilen (BIO-PE), z lastnostmi, podobnimi lastnostim običajnega polietilena. Bio-PET ima lastnosti, podobne polietilen tereftalatom.

Obe bioplastiki se običajno proizvajata iz sladkornega trsa, pri čemer dobimo bioetanol kot vmesni izdelek.

V to kategorijo spada tudi biopoliamid (PA), ki je recikliran bioplastik z odličnimi toplotnimi izolacijskimi lastnostmi.

-Razgradljivo na biološki osnovi

Biološka razgradljivost je povezana s kemijsko strukturo polimera in ne z vrsto uporabljenih surovin. Zato lahko biorazgradljivo plastiko dobimo iz nafte s pravilno obdelavo.

Primer te vrste bioplastike so polikaprolaktoni (PCL), ki se uporabljajo pri izdelavi poliuretanov. To je bioplastika, pridobljena iz naftnih derivatov, kot je polibutilen sukcinat (PBS).

Prednost

Ovojnica za sladkarije, izdelana iz PLA (polilaktična kislina). Vir: F. Kesselring, FKuR Willich

So biološko razgradljivi

Čeprav vsa bioplastika ni biološko razgradljiva, je resnica, da je to za mnoge ljudi njihova temeljna lastnost. Pravzaprav je iskanje te lastnosti eden temeljnih dejavnikov razcveta bioplastike.

Navadne plastike na osnovi nafte in ne biorazgradljive trajajo, da se razgradijo stotine in celo tisoč let. Takšno stanje predstavlja resen problem, saj odlagališča in oceani polnijo plastiko.

Zaradi tega je biološka razgradljivost zelo pomembna prednost, saj lahko ti materiali razpadejo v tednih, mesecih ali nekaj letih.

Ne onesnažujejo okolja

Ker so biorazgradljivi materiali, bioplastika preneha zasedati prostor kot smeti. Poleg tega imajo dodatno prednost, ker v večini primerov ne vsebujejo strupenih elementov, ki jih lahko sprostijo v okolje.

Imajo nižji ogljični odtis

Tako v procesu proizvodnje bioplastike, kot tudi pri njihovem razpadu, se sprošča manj CO2 kot pri običajni plastiki. V mnogih primerih metana ne sproščajo ali pa ga delajo v majhnih količinah in zato slabo vplivajo na učinek tople grede.

Na primer, bioplastika, izdelana iz etanola iz sladkornega trsa, zmanjša emisije CO2 za do 75% v primerjavi s tistimi iz nafte.

Varneje nositi hrano in pijačo

Na splošno se pri izdelavi in ​​sestavi bioplastike ne uporabljajo strupene snovi. Zato predstavljajo manjše tveganje za kontaminacijo hrane ali pijač, ki jih vsebujejo.

Za razliko od običajne plastike, ki lahko proizvaja dioksine in druge sestavine, ki onesnažujejo, je bioplastika, ki temelji na biološkem sloju, neškodljiva.

Slabosti

Pomanjkljivosti so povezane predvsem z vrsto uporabljene bioplastike. Med drugimi imamo naslednje.

Manj odpornosti

Ena od omejitev, ki jo ima večina bioplastik v primerjavi s klasično plastiko, je njihova manjša odpornost. Vendar je ta lastnost povezana z njegovo sposobnostjo za biorazgradnjo.

Višji stroški

V nekaterih primerih so surovine, ki se uporabljajo za proizvodnjo bioplastike, dražje od tistih iz nafte.

Po drugi strani pa proizvodnja nekaterih bioplastik pomeni večje stroške predelave. Zlasti so ti proizvodni stroški višji pri tistih, ki nastanejo z biotehnološkimi postopki, vključno s množičnim gojenjem bakterij.

Konflikt uporabe

Bioplastika, pridobljena iz prehrambenih surovin, konkurira človeškim potrebam. Ker je torej bolj donosno posvetiti pridelke proizvodnji bioplastike, jih odstranimo iz kroga pridelave hrane.

Vendar pa ta pomanjkljivost ne velja za bioplastiko, pridobljeno iz neužitnih odpadkov. Med temi odpadki imamo ostanke pridelka, neužitne alge, lignin, jajčne lupine ali eksoskele jastogov.

Reciklirati jih ni enostavno

Bioplastika PLA je zelo podobna običajni plastiki iz PET (polietilen tereftalat), vendar je ni mogoče reciklirati. Če sta obe vrsti plastike mešani v posodi za recikliranje, te vsebine ni mogoče reciklirati.

V zvezi s tem obstajajo bojazni, da bi vse večja uporaba PLA lahko ovirala obstoječa prizadevanja za recikliranje plastike.

Primeri in njihova uporaba izdelkov, proizvedenih iz bioplastike

Posoda za vino, izdelana iz bioplastike iz kmetijskih odpadkov in micelije. Vir: Mycobond

-Vsebine za enkratno uporabo ali za enkratno uporabo

Predmeti, ki ustvarijo največ odpadkov, so zabojniki, ovoji, krožniki in jedilni pribor, povezani s hitro hrano in nakupovalnimi torbami. Zato ima biorazgradljiva bioplastika na tem področju pomembno vlogo.

Zaradi tega so bili razviti različni izdelki na osnovi bioplastike, da bi vplivali na zmanjšanje nastajanja odpadkov. Med drugim imamo biorazgradljivo vrečko, narejeno z BASF-ovim Ecovioom, ali plastično steklenico iz PLA, pridobljeno iz koruze podjetja Safiplast v Španiji.

Vodne kapsule

Podjetje Ooho je namesto tradicionalnih steklenic ustvarilo biorazgradljive kapsule iz morskih alg z vodo. Ta predlog je bil zelo inovativen in uspešen ter se je že preizkusil v londonskem maratonu.

kmetovanje

Pri nekaterih posevkih, kot so jagode, je običajna praksa, da tla pokrijemo s plastično pločevino, da se zatirajo plevel in se izognejo zmrzovanju. V tem smislu so bioplastične obloge, kot je Agrobiofilm, razvite za nadomestitev običajne plastike.

-Objekti za trajne aplikacije

Uporaba bioplastike ni omejena na predmete uporabe in odstranjevanja, ampak jih je mogoče uporabiti v trajnejših predmetih. Na primer, podjetje Zoë b Organic izdeluje igrače za plažo.

Kompleksni sestavni deli opreme

Toyota uporablja bioplastiko v nekaterih avtomobilskih delih, kot so komponente za klimatske naprave in nadzorne plošče. Za to uporablja bioplastiko, kot sta Bio-PET in PLA.

Fujitsu sicer uporablja bioplastiko za izdelavo računalniških miši in delov tipkovnice. V primeru podjetja Samsung imajo nekateri mobilni telefoni ohišja, ki so v veliki meri narejena iz bioplastike.

-Gradbeništvo in gradbeništvo

Škrobna bioplastika je bila uporabljena kot gradbeni material in bioplastika, ojačana z nano vlakninami, v električnih napeljavah.

Poleg tega so jih uporabili pri izdelavi pohištva iz lesa iz bioplastike, ki ga ne napadajo ksilofagni insekti in ne gnijejo z vlago.

-Farmacevtske aplikacije

Izdelani so bili z bioplastičnimi kapsulami, ki vsebujejo droge in vozila, ki se sproščajo počasi. Tako je biološka uporabnost zdravil sčasoma urejena (odmerek, ki ga bolnik prejme v določenem času).

-Medicinske aplikacije

Celulozna bioplastika, ki se uporablja pri vsadkih, tkivnem inženiringu, hitinu in kitosanski bioplastiki, je bila izdelana za zaščito ran, inženiring kostnega tkiva in regeneracijo kože ljudi.

Izdelovali so tudi celulozno bioplastiko za biosenzorje, mešanice s hidroksiapatitom za izdelavo zobnih vsadkov, bioplastičnih vlaken v katetrih.

- Zračni, pomorski in kopenski promet ter industrija

Uporabljene so krute pene na osnovi rastlinskih olj (bioplastike), tako v industrijskih kot transportnih napravah; avtomobilskih in vesoljskih delov.

Elektronske komponente mobilnih telefonov, računalnikov, avdio in video naprav so prav tako izdelane iz bioplastike.

-Farming

Bioplastični hidrogeli, ki absorbirajo in zadržujejo vodo in jo lahko počasi sproščajo, so uporabni kot zaščitna odeja za obdelano zemljo, ohranjanje njene vlažnosti in spodbuja rast kmetijskih nasadov v suhih regijah in v nizkih deževnih sezonah.

Reference

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplastika: pridobivanje in uporaba polihidroksialkanoatov. Fakulteta za farmacijo Univerze v Sevilli. Diploma iz farmacije. 36 str.
2. Bezirhan-Arikan E in H Duygu-Ozsoy (2015). Pregled: Preiskava bioplastike. Časopis za gradbeništvo in arhitekturo 9: 188-192. De Almeida A, JA Ruiz, NI López in MJ Pettinari (2004). Bioplastika: ekološka alternativa. Živa kemija, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Proizvodnja bioplastike iz poceni virov. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Založba dr. Müller, Berlin, Nemčija. 145 str.
4. Labeaga-Viteri A (2018). Biorazgradljivi polimeri. Pomen in potencialne aplikacije. Nacionalna univerza za izobraževanje na daljavo. Filozofska fakulteta, Oddelek za anorgansko kemijo in kemijsko tehniko. Magisterij iz kemijske znanosti in tehnologije. 50 str.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia in AK Mohanty (2013). Plastika in bionakompoziti, ki temeljijo na biološkem stanju: trenutno stanje in prihodnje priložnosti. Prog. Polim. Sci. 38: 1653-1689.
6. Satish K (2017). Bioplastika - razvrščanje, proizvodnja in njihove potencialne uporabe hrane. Časopis Hill Hill 8: 118–129.